第3章 单点信号控制

章单个交叉口交通信号控制§1定时信号控制§2交通感应信号控制2021/6/271一、定时信号控制的主要特点

1、全天可以是一个配时方案，或多个配时方案；

2、在每个时段，执行固定的配时方案；

3、配时方案来自于历史调查数据；

4、可以手动、自动切换配时方案；

5、信号机安装简单，维护方便，成本低。§1定时信号控制2021/6/2721、交叉口的相位设计在进行交叉口的相位划分时，一般应遵循以下原则：（1）渠化协调原则（2）安全通行原则（3）流量均衡原则（4）高效运行原则信号配时设计2021/6/2731、交叉口的相位设计在交叉口的相位划分之后，需要安排相位的运行顺序，即确定相序。一般一个进口的所有流向要在连续相位中放行完毕。有左转待行区的交叉口，一般情况下要先放行直行车流再放行左转车流。信号配时设计2021/6/2742、关键车道的确定部分进口道（及其交通需求）起着决定性的作用，我们把这部分进口道称为关键车道。根据车流通行的特点，进口道可以分为：直行车道、合用车道和转弯专用车道。模型一——直、左、右合用车道信号配时设计2021/6/275关键车道的确定2021/6/276关键车道的确定2021/6/277模型二——直、左和直、右合用车道2021/6/278模型三——直、右合用车道与左转专用车道2021/6/279关键车道的确定2021/6/2710

单个交叉口定时交通信号配时设计内容应包括：确定多段式信号配时时段划分、配时时段内的设计交通量、交通信号相位方案（交叉口车道渠化）、信号周期时长、各相位信号绿信比、评估服务水平及绘制信号配时图。

定时信号配时方法，在国际上主要有美国HCM法、澳大利亚ARRB法、英国WEBSTER法等，我国主要有停车线法及冲突点法。2021/6/2711一、新建交叉口信号方案

新建交叉口，在缺乏交通量数据的情况下，十字交叉口，建议先按表1.3所列进口车道数与渠化方案选取初步试用方案；T形交叉口，建议先用三相位信号；然后根据通车后实际交通各流向的流量调整渠化及信号相位方案。2021/6/2712二、交通信号相位设计1、信号相位必须同交叉口进口道车道渠化（即车道功能划分）方案同时设定。2、信号相位对应于左右转弯交通量及其专用车道的布置，常用基本方案示于图。2021/6/27132021/6/27143、有左转专用车道时，根据左转流向设计交通量计算的左转车每周期平均到达3辆时，宜用左转专用相位。4、同一相位各相关进口道左转车每周期平均到达量相近时，宜用双向左转专用相位；否则宜用单向左转专用相位。5、当信号相位中出现不均衡车流时，可以通过合理设置交通信号的早断与滞后，最大限度地提高交叉口的运行效率。2021/6/2715

针对路口的具体交通流状况进行合理的信号相位设计，既要考虑减少冲突、防止碰撞、避免堵塞，又要考虑减少设备投入、提高通行效率。因此合理设计信号相位是路口信号控制的关键之一。例如，倘若在不需要设置左转专用相位的路口设置了左转专用相位，就会导致既增加了设备投入（左转车道灯）又降低了路口通行效率。2021/6/2716在信号相位设计中，左转车流对相位的划分起着非常重要的作用，也是信号相位设计的重点难点。左转车流对信号相位的划分可以采用如下策略：①当左转车辆较少时（左转车辆可以利用直行车辆之间的空档左转），不需要为左转车辆提供专用相位；②当左转车辆较多时（左转车辆仅利用直行车辆之间的空档左转比较困难，容易引发车辆堵塞），需要为左转车辆提供专用相位（必须有左转专用车道）；③当单方向的左转车辆较多又不足以专设左转信号相位时，可以采用一种交通信号早断与滞后的设计方法，间接为左转车辆提供专用相位。2021/6/2717（一）定时信号配时方案的基本内容

（3）交通信号的早断与滞后相位信号的早断:是指将相位的绿灯时间划分为两个阶段，先放行与具有较大左转车流的方向相对的直行车流，再放行较大左转车流。相位信号的滞后:是指将相位的绿灯时间划分为两个阶段，先放行较大左转车流，再放行与具有较大左转车流的方向相对的直行车流。使用条件：①单向左转车辆较多；②增设双向左转专用车道、设置左转专用信号相位不合算；③左转车辆不能利用对向直行车辆之间的空档全部驶离交叉口。车道设置相位设置双向左转车辆较少双向左直合用车道无需左转专用相位双向左转车辆较多双向左转专用车道左转专用相位单向左转车辆较多单向左转专用车道信号早断或滞后2021/6/2718（一）定时信号配时方案的基本内容

（3）交通信号的早断与滞后如图所示的十字交叉口就是一个信号早断的例子。在这里,西进口是左转车流量较大的一个方向。该交叉口采用东—西、南—北两相位，对于东西相位而言，信号要划分两个阶段。先放行东进口的各个车辆和西进口的直行、右转车流，然后禁止东进口的各个方向车流，只允许西进口的各个车流通行。2021/6/2719（一）定时信号配时方案的基本内容2、信号基本控制参数信号相位周期长度C（显示）绿灯时间G

有效绿灯时间Ge（显示）红灯时间R有效红灯时间Re绿信比λ（=Ge/C）黄灯时间A（=3秒）（I<A时，I=A）绿灯间隔I（包括黄灯和全红）

损失时间L高峰小时修正系数PHF流量（流率）q饱和流量S流量（率）比y（=q/S）通行能力N（=λS）饱和度x（=q/N）信号配时图相位图延误d、D2021/6/27203、信号周期设计交叉口的信号配时，应选用同一相位流量比（q/S）中最大者进行计算。

通常考虑的要求：使交叉口具有足够的通行能力；使交叉口具有较小的车辆延误。须确定：1、最短周期

2、最佳周期

3、绿信比C0Cm0.75C01.5C0周期0PP0周期通行能力车辆延误2021/6/2721（1）最短信号周期cm

采用cm时，在一个周期内到达交叉口的车辆恰好全部被放行，既无滞留车辆，信号周期也无富余。因此，cm恰好等于一个周期内损失时间L加上全部到达车辆以饱和流量通过交叉口所需的时间，L——周期损失时间：

=启动损失时间+绿灯间隔时间-黄灯时间Y——全部相位的最大流量比（交通量/设计饱和流量）之和。2021/6/2722(2)最佳周期c0

按照英国学者韦伯斯特方法，在指定的条件下，使车辆总延误最小的配时方案即为最优方案。其目的是获得最佳的周期和绿信比。根据研究和实验，使车辆通过交叉口的总延误最小的最佳周期为：

该式针对的是孤立的交叉口，假定其交通流量稳定地到达交叉口。2021/6/2723绿信比交叉口在最佳信号周期下运行的同时，需要有合理的相位绿信比（绿灯时间分配），只有这样，才可能获得满意的运行效果。

1、车辆延误与绿信比设信号周期C=50秒，周期损失时间L=10秒，则周期有效绿信比为______。相位绿信比增大，表明相位的绿灯时间增多，红灯时间减少，因此相位的车辆延误随之减少。

2021/6/27242021/6/2725

相位绿信比u1与u2的不同取值，称为绿信比分配，两者之和为一定值，等于周期绿信比U。绿信比的不同分配，使交叉口有着不同的车辆延误。最佳的绿信比取值范围对应着较小的车辆延误。绿信比分配方法有等饱和度法和不等饱和度法。

1、等饱和度法（韦伯斯特法）各相位绿信比按各相位关键车道流率比的比例进行分配。绿信比分配2021/6/2726例题：现有一两相位信号控制交叉口，已知相位1关键车道流率比y1=0.35,相位2关键车道流率比y2=0.25,信号周期C=50秒，周期损失时间L=10秒。试求绿信比和绿灯分配时间。2021/6/2727

交叉口的总通行能力与饱和度交叉口的总通行能力，就是一个交叉口对于各个方向(全部车流)所能提供的最大允许通过流率。饱和度的实用限值定在0．8～0．9之间，交叉口就可以获得良好的运行条件。如果饱和度的实用限值定得过低，势必要扩大交叉口的平面尺寸才能满足一定的交通量要求，从而增加建设投资。

2021/6/27282、不等饱和度法

当要求各信号相位承受不同的交通负荷及车辆延误时，可以按照不等饱和度分配绿信比或绿灯时间，这种方法称为不等饱和度法。以两相位信号交叉口为例，现给定相位2的饱和度X2，求相位绿信比u1、u2及相位1饱和度X1的过程。例：现有一两相位信号控制交叉口，已知信号周期C=50秒，周期损失时间L=10秒，相位关键车道流率比分别为y1=0.35,y2=0.25。设定相位2饱和度x2=0.83。试求各相位绿信比和绿灯时间分配。2021/6/2729相位1相位2X1u1Ge1X2u2Ge20.750.46230.750.34170.70.5250.830.3152021/6/2730配时方案表与配时时间表1、配时方案表与信号时段的划分

配时参数的不同组合就构成了不同的信号配时方案。配时方案号和对应于每一个信号配时方案的具体信号配时参数（相位数、信号周期和相位绿信比等）构成了配时方案表。方案号相位数信号周期相位1绿信比相位2绿信比12800.450.43221000.460.442021/6/2731配时方案表与配时时间表

交叉口信号配时及进口道的车辆延误，在很大程度上取决于交叉口的车流到达率。不同的到达率对应着不同的信号配时方案。如果交叉口的交通流量全天波动较大，可以适当地多划分几个时段，按照每个时段的交通流量确定信号配时；如果交叉口交通流量波动较小，可以考虑少划分或不划分时段，全天从早到晚执行一个信号配时方案。2021/6/27322、配时时间表

配时时间表由运行时间表和配时方案表构成。例如，某交叉口一天内的时段划分如下：05:30-07:00平峰时段（Ⅰ），执行1号方案；07:00-08:30高峰时段（Ⅱ），执行2号方案；08:30-17:00平峰时段（Ⅲ），执行1号方案；17:00-19:15高峰时段（Ⅳ），执行2号方案；19:15-22:00平峰时段（Ⅴ），执行1号方案；22:00-05:30夜晚控制状态。2021/6/2733时段方案号时段方案号时段方案号Ⅰ1Ⅲ1Ⅴ1Ⅱ2Ⅳ2Ⅵ夜晚控制状态运行时间表

将配时方案表和运行时间表存入定时信号机中，即可实现交叉口单点定时信号控制。2021/6/2734一、原理

1928年由Baltimore首先引入，通过设在路口检测器接受车流信息，使信号时间随流量自动改变配时方案。最初为机械触点形式，现大多为线圈形式，埋于路面下面。§2感应信号控制g

gisg0gmaxgmin2021/6/2735感应信号控制方式的主要特点是：

1、考虑交通量的随机波动；

2、设置车辆检测器，以提供所需要的交通感应信息；

3、实时地调整信号配时参数，没有固定的配时方案；

4、设置感应信号机，并与检测器相连，其安装比较复杂、成本较高、维护量较大。2021/6/2736二、基本的控制参数最小绿灯时间gmin初始绿灯时间gs

检测器与停车线的距离D单位绿灯延长时间g0最大绿灯时间gmax:

定时信号配时最佳周期、绿信比所对应的各相位的绿灯时间，一般30-60s。DWV检测器2021/6/2737（1）保证检测器和停止线之间车辆全部驶出；（2）保证行人过街时间；（3）非机动车安全过街。1、设置初期绿灯时间考虑因素2021/6/2738（1）使车辆从检测器位置开出停车线；（2）尽量不产生绿灯时间损失；（3）注意被检测的车道数。2、设置单位绿灯延长时间考虑因素2021/6/2739

半感应信号控制适用于主干路和次干路相交的交叉口，且主干路交通量大、次干路交通量小、波动大的情况。

1、检测器放在次要道路上平时主路上总是绿灯，对次路预置最短绿灯时间。仅当检测到次要道路来车时才可能被给以绿灯信号，而主干道路的绿灯信号也只有此时才可能被中断。三、半感应控制2021/6/27402021/6/2741

半感应控制与全感应控制次路检测半感应控制流程图2021/6/2742路检测半感应控制流程图

N

Y

3

半感应控制与全感应控制

主

Y

Y

N

Y

N

N

Y

N

2021/6/2743适用条件：适用于相交道路等级相当交通量相仿且变化较大的交叉口上。基本全感应控制控制机理：交叉口没有机动车到达时，信号机以定周期方式按最小周期运行。当某一方向来车时，则对来车方向放绿灯。四、全感应控制2021/6/27443

半感应控制与全感应控制Ø全感应控制的工作特点llll它所控制交叉口的所有入口道都设置车辆检测器；每一个信号相都设置初始绿灯时间

；其绿灯信号不能自动地返回到预定相位；各个信号相的配时参数不相同。2021/6/2745

3

半感应控制与全感应控制l

全感应信号控制的优点ØØØØ没有固定的配时方案，能适应交通流的随机变化。适用于流量较小且交通流不稳定，随机波动大的情况。在交通量不大的情况下，可以使交通流连续运行。对于多相位交叉口比较有效。2021/6/27463

半感应控制与全感应控制l

全感应信号控制的缺点（1）感应控制系统的造价高于定时信号系统；（2）感应控制系统较复杂，需更多维护和检修；2021/6/2747030060090012001500（郊外道路）主要道路关键车道交通量（辆/h）15001200900600300定时控制全感应控制半感应或全感应控制交叉口通行能力五、信号控制方式选择图没有半感应控制最优的独立图块，用全感应控制最为有效的图块最大；定时控制只在接近交叉口通行能力的图块上才有其优越性。2021/6/2748定时控制的优点：(1)定时控制，因信号起动时间可取得一致而有利于同相邻交通信号的协调，特别是要联结几个相邻交通信号或一个信号网络系统；(2)定时控制的正常工作，不必通过检测器对车辆的检测，因此，不存在路边停车及其他因素影响车辆检测的缺点；(3)定时控制比感应控制更适用于大量、均匀行人交通的地方；(4)定时信号设施价格低于感应信号，且安装、维护方便。六、各种控制方式的优点2021/6/2749

感应控制的优点：(1)在交通量变化大而不规则、难于用定时控制处置的交叉口，以及在必须降低对主要干道干扰的交叉口上，用感应控制效益更大；(2)不适宜处于联动定时系统中的交叉口，宜用感应控制；(3)感应控制特别适用于交通只在一天的部分时间里需要信号控制的地方；(4)感应控制在轻交通交叉口有其优越性，不致使主要道路上的交通产生不必要的延误；(5)感应控制，在有几个流向的交通量时有时无或多变的复杂交叉口上，可得到最大效益，(6)半感应信号通常适用于主次道路相交及只在次路有车辆和行人时才中断主路车流的交叉口。2021/6/2750§3环形交叉口交通信号灯控制方法2021/6/2751交通信号灯是用来组织入环车辆与环内车辆之间的交织，而不是两个不同方向车流的交叉。所以在信号灯的配置、信号灯头的面对方向、停车线位置的画法及信号控制方式上，同十字形交叉口都有所不同。而且用信号控制的环形交叉口的平面布局同常规环交也有差别。一、作用2021/6/2752

二、信号灯的配置环形交叉口的每一个进口端上，应有两组信号灯；—组面对进口道上的入环车辆；叫入口灯；另一组面对这一进口道与上游进口道之间环道上行驶的车辆，称为环道灯。三、停车线相应于上述两组信号灯，在每一进口端也有两条停车线：一条画在进口道的入门端，近进口导向岛的角顶，作入环车流的停车线；另一条画在这个进口道上游方向的环道上、近右侧导向岛的前端角顶，作环内车流的停车线。四、信号控制方式以采用定时信号为宜。2021/6/2753交通控制案例

某市中心两条主干路新华路和金光道的交叉点为交通控制案例。该路口为规则的十字形交叉口，相交道路均为三块板道路。1.交通量调查交通流量通过在交叉口的高峰时间和平峰时间各观测2小时获得，整理后的高峰小时流量和平峰小时流量见表1和2。2021/6/2754表1高峰小时流量2021/6/2755表1平峰小时流量2021/6/27562.交叉口控制状况调查

该交叉口为四相位信号控制，信号周期为122s，相位、相序如图1所示：2021/6/27573.现状评价分析

采用上海市工程建设规范《城市道路平面交叉口规划与设计规程》提供方法，交叉口现状评价结果见表3。表3

交叉口现状评价表2021/6/27584.交叉口问题分析

交叉口存在问题主要是：

（1）由于将直行相位放于左转相位之前，有部分左转自行车随直行自行车驶入交叉口，在对向人行道前待行；当左转机动车放行时，横向直行驶出交叉口，此时与对向的左转机动车发生冲突；

（2）进口道只设一个直行车道，无法满足高峰时的交通需求，高峰期间直行车排队较长；

（3）由于未对右转机动车进行信号控制，右转机动车与自行车的冲突与干扰在每一相位的绿灯初期比较严重；

（4）交叉口内及车道变化处缺少必要的导行线，导致左转自行车与机动车的行车轨迹不明确；

（5